氣門嘴早期失效分析及改進

胡曉峰，泮戰(zhàn)俠，白培謙，齊延生

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

氣門嘴早期失效分析及改進

胡曉峰，泮戰(zhàn)俠，白培謙，齊延生

（陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

通過對氣門嘴宏觀檢查、化學成分分析、微觀檢查i、氨熏試驗等結(jié)果分析，確定了其開裂原因是氣門嘴折彎部位內(nèi)應(yīng)力較大，在敏感應(yīng)力腐蝕環(huán)境作用下，產(chǎn)生點蝕裂紋并擴展，導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。并提出了相應(yīng)的改進措施，為質(zhì)量控制提升提供了思路和方法。

氣門嘴；早期失效；應(yīng)力腐蝕

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-104-02

引言

某重型卡車投入市場運營一段時間后，發(fā)生批量性漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查輪胎內(nèi)胎氣門嘴嘴體根部折彎部位存在裂紋，為漏氣源，見圖1。此事件發(fā)生在同一運營車隊，車輛運營服役環(huán)境較惡劣，現(xiàn)場測試輪胎氣壓低于要求值，為了查明該批氣門嘴開裂原因，筆者對斷裂失效件進行了檢查和分析。

1 檢查與結(jié)果

1.1 宏觀檢查

將失效件自開裂處打開斷口，觀察斷口宏觀形貌，左側(cè)未標識部位為扭斷斷口，斷面標識位置為舊斷口，裂紋源于氣門嘴折彎處內(nèi)側(cè)，斷面平坦，垂直于主應(yīng)力方向，表面氧化膜薄且致密，見圖2。

圖1 開裂部位外觀形貌

圖2 斷口宏觀形貌

1.2 化學成分檢查

對開裂氣門嘴取樣進行化學成分檢查，檢測結(jié)果（見表1）表明該銅管化學成分符合GB/T5231-2001《加工銅及銅合金化學成分和產(chǎn)品形狀》中關(guān)于HPb63-0.1黃銅相關(guān)技術(shù)要求。

1.3 硬度檢查

對開裂氣門嘴取樣進行硬度檢查，氣門嘴開裂部位附近縱截面硬度平均為148HV，橫截面硬度平均為98HV；氣門嘴基體（遠離折彎部位）縱截面硬度平均為133HV，橫截面硬度平均為98.0HV。檢測結(jié)果表明氣門嘴開裂部位硬度升高。

表1 黃銅管化學成分（質(zhì)量分數(shù)%）

1.4 斷口微觀檢查

圖3 裂紋部位縱截面組織 50×

圖4 裂紋部位附近縱 截面組織 200X

圖5 沿晶斷裂形貌

圖6 新生裂紋形貌（4h氨薰試驗）50X

氣門嘴開裂部位附近縱截面顯微組織為α+β相，裂紋附近存在伴生裂紋，裂紋從表面向內(nèi)部深入，見圖3、圖4。將斷口清洗后在掃描電鏡下觀察其斷口微觀形貌，先期開裂部位，裂紋斷口處呈現(xiàn)出沿晶斷裂特征，斷口上可見晶界拔開弱化現(xiàn)象，晶界面上存在腐蝕溝槽，棱邊不大平直，斷口形貌表現(xiàn)出應(yīng)力腐蝕開裂的特征，見圖5。

1.5 氨熏試驗

采用氨薰試驗法對送檢的失效件，根據(jù)GB/T10567.2-2007相關(guān)試驗要求進行殘余應(yīng)力檢測。4小時試驗結(jié)束后從干燥器中取出試樣，將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物充分清除后，可見橫向新生裂紋，在掃描電鏡下觀察，裂紋寬度越來越小具有逐步延伸擴展的趨勢，表明失效件存在殘余應(yīng)力，見圖6。

1.6 對比驗證

庫房抽取10根與失效氣門嘴同批次產(chǎn)品，分成兩組，一組（5件）為涂有銅材護膜液的氣門嘴，另一組（5件）為未涂銅材護膜液的氣門嘴進行氨熏對比試驗。

將氣門嘴銅管放入氨熏試驗裝置4h后，兩組氣門嘴銅管外觀形貌發(fā)生了明顯變化。表面經(jīng)過防護處理的氣門嘴銅管折彎處基本無變化，銅管表面基本保持著原有的光澤性；表面未經(jīng)防護處理的氣門嘴銅管折彎處出現(xiàn)裂紋及腐蝕坑，其腐蝕開裂程度較試驗失效件輕，銅管表面失去了原有的光澤。實驗結(jié)果進一步表明，一方面氣門嘴銅管折彎處存在殘余應(yīng)力，使用銅材護膜液可有效隔離腐蝕介質(zhì)；另一方面從未安裝使用的庫存件腐蝕程度略小于使用后來看，殘余應(yīng)力的主要來源為加工過程中，其次為來源于安裝使用過程。

2 分析討論

通過對車輛的實際服役環(huán)境和理化檢測結(jié)果的綜合分析，引起氣門嘴開裂的主要原因是：氣門嘴折彎部位內(nèi)應(yīng)力較大，在敏感應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（HN3蒸汽，溶液，胺類，潮濕的SO2氣氛，Cu(NO2)溶液），產(chǎn)生點蝕裂紋并擴展，導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。內(nèi)應(yīng)力的來源一方面是氣門嘴折彎后殘存于工件內(nèi)部的應(yīng)力，另一方面是輪胎氣壓低，車輛在高速重載下造成內(nèi)胎移位，致使氣門嘴折彎部位局部受力而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

3 改進措施

綜上所述，應(yīng)力腐蝕開裂需要拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共存，并經(jīng)過一定的時間，發(fā)生裂紋并擴展，因此避免此類事件再次發(fā)生的解決方案是消除應(yīng)力或?qū)?yīng)力與腐蝕環(huán)境隔離，鑒于此提出以下改進措施：

（1）對氣門嘴加工過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，可通過去應(yīng)力退火的方式消除；

（2）用戶使用過程中要定期保養(yǎng)輪胎，避免因車輛長期處于低壓狀態(tài)下內(nèi)胎移位，造成氣門嘴局部產(chǎn)生較大拉應(yīng)力；

（3）使用銅材護膜液或防銹清漆，對氣門嘴表面進行防護處理，達到腐蝕介質(zhì)與氣門嘴外表面隔絕，防止銅管腐蝕開裂。

[1] 張棟,鐘培道,陶春虎.等.失效分析[M].國防工業(yè)出版社,2008.

[2] 李炯輝,林德成.陸慧.等.金屬材料金相圖譜.[M].機械工業(yè)出版社,2006.

[3] 陳秀琴.化學成分及退火工藝對H62黃銅組織與性能的影響[J].熱加工工藝,2007,36（16）：58-60.

[4] 泮戰(zhàn)俠,白培謙,肖理等.中央自動充放氣銅管開裂失效分析[J].汽車實用技術(shù),2012,10:41-44.

[5] 蔡宏偉,巴發(fā)海,陸慧等.金相檢驗[M].中國計量出版社,2008.

[6] 鐘群鵬,趙子華.斷口學[M].高等教育出版社,2006.

The Early Failure Analysis and the Improvement of the valve cock

Hu Xiaofeng, Pan Zhanxia, Bai Peiqian, Qi Yansheng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Quality Management Department, Shaanxi Xi’an 710200 )

The paper showed that stress corrosion is the reason of valve cock cracking by the macroscopic examination, the chemical analysis, the microscopic examination and the ammonia fumigation test. The pitting crack is generated for the greater inner pressureof the bending part of valve cock, which is under the stress corrosion sensitivity environment. The pitting crack is extended, which causes the valve cock cracked. The improvement measures are put forward, which provide the method for quality control promotion.

Valve Cock; Early Failure; Stress Corrosion

U467.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-104-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.035

胡曉峰，就職于陜西重型汽車有限公司質(zhì)量管理部。